JP2021536660A - Plasma polymerization equipment - Google Patents
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Abstract
反応ゾーン、ガスの形態の少なくとも1つのモノマーを反応ゾーンに供給するための少なくとも1つのガス入口、離間して配置され、反応ゾーンに電界を生成して、少なくとも1つのモノマーからプラズマポリマーナノ粒子材料を形成するように構成された第1の電極及び第2の電極、反応ゾーンで形成されたプラズマポリマーナノ粒子材料を収集するように構成された複数のコレクタであって、第2の電極に隣接して配置されている複数のコレクタ、及び第2の電極に隣接して配置され、複数のコレクタを冷却するように構成された冷却装置を含む、プラズマ重合装置が開示されている。装置の第1の電極と第2の電極との間に延びる閉じ込めグリッドを含むプラズマ重合装置も開示されている。【選択図】図1Reaction zone, at least one gas inlet for supplying at least one monomer in the form of gas to the reaction zone, spaced apart, creating an electric field in the reaction zone, plasma polymer nanoparticles material from at least one monomer A first electrode and a second electrode configured to form the A plasma polymerization apparatus is disclosed, which comprises a plurality of collectors arranged in a row thereof and a cooling device arranged adjacent to a second electrode and configured to cool the plurality of collectors. Also disclosed is a plasma polymerization apparatus comprising a confinement grid extending between a first electrode and a second electrode of the apparatus. [Selection diagram] Fig. 1
Description
関連出願の相互参照
本願は、2018年9月7日に出願された豪州仮特許出願第2018903344号の優先権の利益を主張するものであり、その内容のすべてが参照により本明細書に組み込まれる。
Cross-reference to related applications This application claims the priority benefit of Australian Provisional Patent Application No. 2018903344 filed on September 7, 2018, the entire contents of which are incorporated herein by reference. ..
本願は、コンジュゲート(conjugates)の形成に使用できる、プラズマから誘導されたナノ粒子を含む、ナノ粒子及びその凝集体などのナノ粒子材料に関する。本願はまた、ナノ粒子材料を収集するための方法及び装置に関する。 The present application relates to nanoparticles materials such as nanoparticles and aggregates thereof, including plasma-derived nanoparticles, which can be used to form conjugates. The present application also relates to methods and devices for collecting nanoparticle materials.
同じ構造内で複数の分子カーゴ(molecular cargos)を送達できる多機能ナノキャリアは、多くの疾患の治療と診断の両方の転帰を大幅に改善することが期待されている。しかし、現在のナノ粒子ベースの治療法及び診断法は、依然本質的に生物活性がなく、おそらく医薬品との直接かつ単純なコンジュゲーションを可能にはしない材料を利用している。ナノ粒子(例えば、金、酸化鉄、ポリマー、量子ドットなど)の機能化は、通常複雑であり、一般に、ナノキャリア表面と関連するカーゴとの間の堅牢なコンジュゲーションを実現するために、時間を要する多段階のプロトコルに依存する。 Multifunctional nanocarriers capable of delivering multiple molecular cargos within the same structure are expected to significantly improve both therapeutic and diagnostic outcomes for many diseases. However, current nanoparticle-based therapies and diagnostics still utilize materials that are essentially bioactive and probably do not allow direct and simple conjugation with pharmaceuticals. Functionalization of nanoparticles (eg, gold, iron oxide, polymers, quantum dots, etc.) is usually complex and generally time to achieve robust conjugation between the nanocarrier surface and the associated cargo. Depends on a multi-step protocol that requires.
ナノ医療の研究における昨今の急速な成長にもかかわらず、パフォーマンス、機能性、及び患者の安全性が向上した新しい製品を提供できる新しいナノファブリケーション戦略が必要である。例えば、ヒトにおける薬物送達の分野において、現在商業的に承認されている医薬ナノキャリアは、パッシブターゲティングの概念に基づいている。パッシブターゲティングでは、キャリアは、腫瘍や炎症領域などの病理学的部位の異常な漏出性血管系に浸透するために、それらの小さいサイズに依存している。これらのナノ粒子−薬物システムは、時に治療の有効性を高めることがあるが、他の代替治療法と比較した場合、薬物の生体内分布と部位の蓄積について欠点が残っている。薬の副作用の減少と用量耐性の増加の見込みは実現されていない。この点に関して、用量耐性を高めたアクティブターゲティングの選択的な送達を提供する潜在可能性があるナノキャリアプラットフォームを開発するべく相当の努力をしてきた。 Despite the recent rapid growth in nanomedical research, there is a need for new nanofabrication strategies that can provide new products with improved performance, functionality, and patient safety. For example, pharmaceutical nanocarriers currently commercially approved in the field of drug delivery in humans are based on the concept of passive targeting. In passive targeting, carriers rely on their small size to penetrate the abnormal leaky vasculature of pathological sites such as tumors and inflamed areas. While these nanoparticle-drug systems can sometimes increase the effectiveness of treatment, there remain drawbacks in biodistribution and site accumulation of the drug when compared to other alternative therapies. The prospect of reducing side effects of the drug and increasing dose tolerance has not been realized. In this regard, considerable efforts have been made to develop potential nanocarrier platforms that provide selective delivery of dose-tolerant active targeting.
広範囲の治療用途での特異的かつターゲティングされた送達を達成するために、ナノ粒子は、標的細胞にて発現される特定の表面シグネチャーを認識して結合する様々な標的リガンドで機能化することができる。癌などの多因子性疾患は様々なシグナル伝達経路が複雑であることから、治療抵抗性を回避できる多剤阻害剤ベースの治療法の開発への道が開かれてきた。重要なのは、同じナノキャリア内または同じナノキャリア上で異なる薬物を組み合わせると、多剤アプローチの有効性が高まることである。さらに、医療での画像化による治療中にナノ粒子システムに対して優れた制御及び監視を達成することも望ましい、つまり、ナノ粒子が適切な造影剤を組み込むことも有利であることを意味する。したがって、同じナノ構造内に標的療法、診断、及び画像化の両方を統合しながら、異なる機能の調整された混合を達成することのできる多機能ナノ粒子を開発することが強く求められている。ただし、同じナノキャリアで複数の分子カーゴを結合する能力は、この分野では特にとらえどころのないものである。 To achieve specific and targeted delivery in a wide range of therapeutic applications, nanoparticles can be functionalized with a variety of target ligands that recognize and bind to specific surface signatures expressed in target cells. can. The complexity of various signaling pathways in multifactorial diseases such as cancer has paved the way for the development of multidrug inhibitor-based therapies that can avoid treatment resistance. Importantly, combining different drugs within or on the same nanocarrier increases the effectiveness of the multidrug approach. In addition, it is desirable to achieve good control and monitoring of the nanoparticle system during medical imaging treatment, which means that it is also advantageous for the nanoparticles to incorporate the appropriate contrast agent. Therefore, there is a strong need to develop multifunctional nanoparticles that can achieve coordinated mixing of different functions while integrating both targeted therapy, diagnosis, and imaging within the same nanostructure. However, the ability to bind multiple molecular cargoes on the same nanocarrier is particularly elusive in this area.
さらに、疾患における異常なタンパク質の発現を調節するためのDNA、mRNA、及びsiRNAを含む核酸の治療的送達にはかなりの余地がある。このアプローチは、in vitroで相当の見込みを示してきたが、臨床的に、つまりin vivoでの処置については十分に実現されていない。いくつかの欠点の中でも、とりわけ、全身投与された場合、これらの分子は、血液中で非常に不安定であり、腎臓と肝臓によってろ過され、それらの高度に帯電した状態は、細胞膜を横切る手早い輸送を妨げる。さらに、細胞膜を通過すると、mRNAとsiRNAはエンドソームを脱出して細胞質に到達し、活性を得る必要があるが、DNAは核に入る必要がある。リポソームナノ粒子を含むナノ粒子プラットフォームは、送達を促進するために使用されて中程度の成功を伴ったが、それにもかかわらず、これは毒性及び細胞内での長期持続性の問題によって妨げられている。このタイプのカーゴを、優先的にもターゲティングされた方法で細胞質または核に、細胞膜を横切るようにして運ぶ能力を備えたナノ粒子プラットフォームは、この分野の著しい進歩を示す。 In addition, there is considerable room for therapeutic delivery of nucleic acids, including DNA, mRNA, and siRNA to regulate the expression of aberrant proteins in the disease. This approach has shown considerable promise in vitro, but has not been fully realized clinically, that is, for in vivo treatment. Among some drawbacks, especially when administered systemically, these molecules are highly unstable in the blood and are filtered by the kidneys and liver, and their highly charged state is a hand that crosses the cell membrane. Prevents fast transportation. Furthermore, upon passing through the cell membrane, mRNA and siRNA need to escape endosomes to reach the cytoplasm and gain activity, whereas DNA needs to enter the nucleus. Nanoparticle platforms containing liposome nanoparticles have been used to facilitate delivery with moderate success, but nevertheless this is hampered by toxicity and long-term intracellular persistence issues. There is. Nanoparticle platforms capable of transporting this type of cargo to the cytoplasm or nucleus in a preferentially targeted manner across the cell membrane show significant progress in this field.
堅牢な化学的コンジュゲーション部位を提供することができる表面を有するナノ粒子は、当分野での大きな進歩となる。現在のプラットフォームでは、単一の構造でナノ粒子の複数の機能を組み合わせる際の制限の1つは、ナノ粒子の実際の表面化学である。ナノキャリアの様々な機能に対する優れた制御を実現するには、化学結合を介した付着が、より弱い非共有結合戦略よりも望ましい。この課題を克服するために、多くの商用プラットフォームで採用されている一般的な戦略は、ナノ粒子にポリ(エチレングリコール)(PEG)などのポリマーをグラフトすることである。しかし、これらのコーティング及び機能化戦略には、安全性または廃棄上の問題をもたらす溶媒が含まれることが多い、多段階で時間のかかる複雑なプロトコルが含まれる。さらに、PEGの表面濃度と厚さの最適化、再現性、及び制御は、通常、これらのコンジュゲーションプロセスでは実現が困難である。通常、コーティングリガンドの末端基は、固定化できる生体分子の範囲も制限する。他のコンジュゲーション戦略には、自己組織化プロセスにおける分子とナノ粒子材料の事前のコンジュゲーションが含まれる。ただし、これらの後者のアプローチはまた、有機溶媒の使用と、分子カーゴの本来のコンフォメーションと機能を損なう複数の精製ステップに依存している。複数の合成ステップを使用すると、機能化されたナノ粒子の最終的な収量が減少する可能性もある。 Nanoparticles with surfaces that can provide robust chemical conjugation sites are a major advance in the field. On current platforms, one of the limitations in combining multiple functions of nanoparticles in a single structure is the actual surface chemistry of nanoparticles. Bonding through chemical bonds is preferred over weaker non-covalent strategies for better control over various functions of nanocarriers. To overcome this challenge, a common strategy adopted by many commercial platforms is to graft polymers such as poly (ethylene glycol) (PEG) onto nanoparticles. However, these coating and functionalization strategies include complex, multi-step, time-consuming protocols that often contain solvents that pose safety or disposal issues. Moreover, optimization, reproducibility, and control of PEG surface concentration and thickness are usually difficult to achieve with these conjugation processes. Usually, the end groups of the coating ligand also limit the range of biomolecules that can be immobilized. Other conjugation strategies include pre-conjugation of molecules and nanoparticle materials in the self-assembling process. However, these latter approaches also rely on the use of organic solvents and multiple purification steps that compromise the original conformation and function of the molecular cargo. The use of multiple synthesis steps can also reduce the final yield of functionalized nanoparticles.
したがって、治療部分及び/または画像化部分とのコンジュゲーションのために活性化されたナノ粒子を生成するための改善されたプロセスが必要である。理想的には、活性化されたナノ粒子は、生体分子を含む溶液との直接インキュベーションなどの単純なアプローチを使用して、複数の機能性分子で機能化できるべきである。 Therefore, an improved process is needed to produce activated nanoparticles for conjugation with the therapeutic and / or imaging moieties. Ideally, activated nanoparticles should be functionalized with multiple functional molecules using a simple approach, such as direct incubation with a solution containing biomolecules.
プラズマ重合(PP)は、技術的及び生物医学的用途における好ましい表面堆積プラットフォームとして確立されてきた。プラズマの反応環境は、モノマーを断片化し、イオン化してビルディングブロックにし、プラズマ境界に向かって重合及び拡散し、表面重合を引き起こす。最終的に、プラズマの外側へのこれらの反応性ブロックの拡散は、変調された特性を備えた薄膜の堆積をもたらす可能性がある。 Plasma polymerization (PP) has been established as the preferred surface deposition platform for technical and biomedical applications. The plasma reaction environment fragmentes the monomers, ionizes them into building blocks, polymerizes and diffuses towards the plasma boundaries, causing surface polymerization. Ultimately, the diffusion of these reactive blocks out of the plasma can result in the deposition of thin films with modulated properties.
一部のPP反応では、薄膜の堆積(表面重合)がプラズマ塊状重合と同時に発生し、帯電したプラズマダスト粒子、つまりプラズマダストまたはダストプラズマが形成される。例えば、プラズマ中のアセチレンのイオン化は、凝集してプラズマボリューム内にナノサイズからミクロンサイズの帯電粒子を形成する炭素質ナノクラスターの連続形成を引き起こし、プラズマポリマーナノ粒子(PPN)の形成をもたらす。 In some PP reactions, thin film deposition (surface polymerization) occurs at the same time as plasma bulk polymerization to form charged plasma dust particles, ie plasma dust or dust plasma. For example, ionization of acetylene in plasma causes the continuous formation of carbonaceous nanoparticles that aggregate to form nano-sized to micron-sized charged particles in the plasma volume, resulting in the formation of plasmapolymer nanoparticles (PPN).
調整可能な物理的及び化学的特性を備えたPPNは、幅広いナノ医療の適用で使用するための新しいクラスのナノ粒子として機能する可能性があることが提唱されている。ダストプラズマにおけるナノ粒子のプラズマ重合は、実行可能な合成プラットフォームを提供する。ただし、臨床用途などでナノ医療を適用する場合、ナノ粒子は、機能化が容易な生体適合性材料で作成するべきである。 It has been proposed that PPNs with adjustable physical and chemical properties may function as a new class of nanoparticles for use in a wide range of nanomedical applications. Plasma polymerization of nanoparticles in dust plasma provides a viable synthetic platform. However, when nanomedical applications are applied, such as in clinical applications, nanoparticles should be made of biocompatible materials that are easy to function.
最近、炭素系PPN(ナノP3)は、(Santos et al. 2018, ACS Applied Materials & Surfacesを参照)細胞毒性を誘導することなく生体機能カーゴを送達することができる汎用性ナノキャリアとして認識されている。ナノP3は、反応性であるナノP3の表面にて得られ、球状ナノ粒子に反応性の炭素クラスターのアセンブリを介してアセチレン系プラズマに形成されている。ラジカル及び機能性表面基は、水溶液中での単純なワンステップのインキュベーションにより、広範囲の機能性生体分子を容易に固定化する。 Recently, carbon-based PPN (nanoP 3 ) has been recognized as a versatile nanocarrier capable of delivering biofunctional cargo without inducing cytotoxicity (see Santos et al. 2018, ACS Applied Materials & Surfaces). ing. Nano P 3 is obtained at the surface of the nano-P 3 is a reactive, are formed on the acetylenic plasma through the assembly of reactive carbon cluster spherical nanoparticles. Radicals and functional surface groups easily immobilize a wide range of functional biomolecules by simple one-step incubation in aqueous solution.
プラズマ反応器のバルクで形成されたPPNは、技術的用途では望ましくない副産物と長い間考えられてきた。PPNの成長とそれに続く表面での堆積は、超小型コンポーネントの合成における汚染源を表す。したがって、ダストプラズマの分野における研究の大部分は、モデリングと実験ツールを組み合わせて、反応性プラズマにおけるダスト粒子の形成を理解し、粒子のダイナミクスを制御して反応器から消去または除去することを目的としている。 PPN formed in the bulk of a plasma reactor has long been considered an undesired by-product in technical applications. Growth of PPN followed by surface deposition represents a source of contamination in the synthesis of microcomponents. Therefore, most of the research in the field of dust plasma aims to combine modeling and experimental tools to understand the formation of dust particles in reactive plasmas and to control the dynamics of the particles to eliminate or remove them from the reactor. It is supposed to be.
この点に関して、PPNを除去するための一般的な戦略は、粒子の収集を可能にするために、例えば磁場を使用した、粒子のダイナミクスを操作するための外力の適用を伴う。しかし、このような収集方法は、ナノ粒子の収率が低い、PPNのサイズが多分散性である、または不可逆的な凝集を特徴とすることがよくある。さらに、これらは多くの場合、コストと設計の複雑さを増大させる特殊な機器(例えば、電源、真空フィードスルー)を備えた既存のプラズマチャンバの改変を必要とする。ナノ粒子の凝集を最小限に抑える高収率で効率的な収集戦略の発展はまだ報告されていない。 In this regard, a general strategy for removing PPN involves the application of external forces to manipulate the dynamics of the particles, eg, using a magnetic field, to allow the collection of the particles. However, such collection methods are often characterized by low nanoparticle yields, polydisperse PPN size, or irreversible aggregation. In addition, they often require modification of existing plasma chambers with specialized equipment (eg, power supplies, vacuum feedthroughs) that increases cost and design complexity. The development of high-yield, efficient collection strategies that minimize nanoparticle agglomeration has not yet been reported.
したがって、ダストプラズマ中のナノ粒子のプラズマ重合によって形成されたPPNを収集するための改善されたプロセスが必要である。 Therefore, an improved process is needed to collect the PPN formed by the plasma polymerization of nanoparticles in the dust plasma.
本明細書に含まれている文書、行為、材料、装置、物品などのいかなる説明も、これらの事項のいずれかもしくは全てが先行技術の基礎の一部を形成すること、または本出願の各請求項の優先日より前に存在していた本開示に関連する分野における共通の一般常識であることを承認するものとして解釈されるべきではない。 Any description of any document, act, material, device, article, etc. contained herein, in any or all of these matters, forms part of the basis of the prior art, or each claim of the present application. It should not be construed as an endorsement of the common wisdom in the art of this disclosure that existed prior to the priority date of the paragraph.
本開示の一態様によれば、プラズマ重合装置が提供され、この装置は、
反応ゾーン、
ガスの形態の少なくとも1つのモノマーを反応ゾーンに供給するための少なくとも1つのガス入口、
離間して配置され、反応ゾーンに電界を生成して、少なくとも1つのモノマーからプラズマポリマーナノ粒子材料を形成するように構成された第1の電極及び第2の電極、
反応ゾーンで形成されたプラズマポリマーナノ粒子材料を収集するように構成された複数のコレクタであって、第2の電極に隣接して配置されている複数のコレクタ、及び
第2の電極に隣接して配置され、複数のコレクタを冷却するように構成された冷却装置を含む。
According to one aspect of the present disclosure, a plasma polymerization apparatus is provided, which is a device.
Reaction zone,
At least one gas inlet for supplying at least one monomer in the form of a gas to the reaction zone,
First and second electrodes, spaced apart and configured to generate an electric field in the reaction zone to form a plasmapolymer nanoparticle material from at least one monomer.
Multiple collectors configured to collect the plasmapolymer nanoparticle material formed in the reaction zone, adjacent to the second electrode and adjacent to the second electrode. Includes a cooling device that is arranged and configured to cool multiple collectors.
本開示の別の態様によれば、プラズマ重合装置が提供され、この装置は、
反応ゾーン、
ガスの形態の少なくとも1つのモノマーを反応ゾーンに供給するための少なくとも1つのガス入口、
離間して配置され、反応ゾーンに電界を生成して、少なくとも1つのモノマーからプラズマポリマーナノ粒子材料を形成するように構成された第1の電極及び第2の電極、
反応ゾーンで形成されたプラズマポリマーナノ粒子材料を収集するように構成された複数のコレクタであって、第2の電極に隣接して配置されている複数のコレクタ、及び
第1の電極と第2の電極との間に延びる閉じ込めグリッドを含む。
According to another aspect of the present disclosure, a plasma polymerization apparatus is provided, which is a device.
Reaction zone,
At least one gas inlet for supplying at least one monomer in the form of a gas to the reaction zone,
First and second electrodes, spaced apart and configured to generate an electric field in the reaction zone to form a plasmapolymer nanoparticle material from at least one monomer.
A plurality of collectors configured to collect the plasma polymer nanoparticle material formed in the reaction zone, the plurality of collectors arranged adjacent to the second electrode, and the first electrode and the second electrode. Includes a confinement grid that extends between the electrodes.
本開示の別の態様では、プラズマポリマーナノ粒子材料を収集する方法が提供され、この方法は、
ガスの形態の少なくとも1つのモノマーを反応ゾーンに供給すること、
第1の電極及び第1の電極から離間して配置された第2の電極の間で、反応ゾーンに電界を生成して、少なくとも1つのモノマーからプラズマポリマーナノ粒子材料を形成すること、
第2の電極に隣接している複数のコレクタにおいて、反応ゾーンで形成されたプラズマポリマーナノ粒子材料を収集すること、及び
第2の電極に隣接して配置される冷却装置を用いる複数のコレクタを冷却することを含む。
In another aspect of the present disclosure, a method of collecting plasma polymer nanoparticle material is provided, wherein the method is:
Supplying the reaction zone with at least one monomer in the form of a gas,
Creating an electric field in the reaction zone between the first electrode and the second electrode spaced apart from the first electrode to form the plasmapolymer nanoparticle material from at least one monomer.
In multiple collectors adjacent to the second electrode, collect plasma polymer nanoparticle material formed in the reaction zone, and use multiple collectors with a cooling device located adjacent to the second electrode. Includes cooling.
本開示のさらに別の態様では、プラズマポリマーナノ粒子材料を収集する方法が提供され、この方法は、
ガスの形態の少なくとも1つのモノマーを反応ゾーンに供給すること、
第1の電極及び第1の電極から離間して配置された第2の電極の間で、反応ゾーンに電界を生成して、少なくとも1つのモノマーからプラズマポリマーナノ粒子材料を形成すること、
第1の電極と第2の電極との間に延びる閉じ込めグリッドを用いてプラズマを閉じ込めること、及び
第2の電極に隣接している複数のコレクタにおいて、反応ゾーンで形成されたプラズマポリマーナノ粒子材料を収集することを含む。
In yet another aspect of the present disclosure, a method of collecting plasma polymer nanoparticle material is provided, which method is:
Supplying the reaction zone with at least one monomer in the form of a gas,
Creating an electric field in the reaction zone between the first electrode and the second electrode spaced apart from the first electrode to form the plasmapolymer nanoparticle material from at least one monomer.
Plasma polymer nanoparticles material formed in reaction zones at multiple collectors adjacent to the second electrode and confining the plasma using a confinement grid extending between the first and second electrodes. Including collecting.
ここで、本開示の実施形態が、図面を参照して、例としてのみ説明される。 Here, embodiments of the present disclosure will be described only by way of reference with reference to the drawings.
ナノ粒子材料の製造は、内容全体が参照により本明細書に組み込まれるPCT公開番号WO2018/112543に詳細に記載されている、「ナノP3(nanoP3)」または「ナノP3(NanoP3)」、「ナノP3材料(nanoP3 material)」、または「ナノP3材料(NanoP3 material)」として本明細書に記載した。 Production of nanoparticle material, the entire contents of which are described in detail in PCT Publication No. WO2018 / 112543, incorporated herein by reference, "Nano P 3 (nanoP 3)" or "nano P 3 (NanoP 3) "as described herein as" nano P 3 material (nanoP 3 material) ", or" nano-P 3 material (NanoP 3 material). "
これらナノP3材料は、容易に官能化することができる汎用性と多機能性ナノキャリアのクラスとして作用することができる。ナノP3材料は、ナノP3材料の表面に拡散するナノP3材料の中に埋め込まれたラジカルとの反応を介して及び/またはナノP3材料またはそのコンジュゲートの表面に形成された部分/官能基との反応によって、広範囲の生体分子や薬物に結合できる。 These nano-P 3 materials can act as easily class of versatile and multifunctional nanocarriers can be functionalized. Nano P 3 material, the reaction via and / or nano-P 3 material or portion formed on a surface of the conjugates with embedded radicals in the nano-P 3 material to diffuse into the surface of the nano-P 3 material / Can bind to a wide range of biomolecules and drugs by reacting with functional groups.
本明細書に開示されるプロセス、例えばプラズマベースのプロセスは、様々なナノ医療の用途のために複数の機能を統合することができる、有利で調整可能な物理的、化学的、及び形態学的特性を有するナノ粒子材料をより効果的に製造及び収集するために使用することができる。 The processes disclosed herein, such as plasma-based processes, are advantageous and adjustable physical, chemical, and morphological processes that can integrate multiple functions for a variety of nanomedical applications. It can be used to more effectively produce and collect nanoparticle materials with properties.
定義
本明細書全体において、単語「含む(comprise)」、または「含む(comprises)」もしくは「含むこと(comprising)」のような変形例は、記載された要素、整数もしくはステップ、または要素、整数もしくはステップのグループの包含を意味するが、任意の他の要素、整数もしくはステップ、または要素、整数もしくはステップのグループの除外を意味するものではないことが理解されよう。
Definitions Throughout the specification, variants such as the word "comprise", or "comprises" or "comprising" are described elements, integers or steps, or elements, integers. Alternatively, it will be understood that it means the inclusion of a group of steps, but not the exclusion of any other element, integer or step, or group of elements, integers or steps.
本明細書全体を通して、「から本質的になる」という用語は、特性に実質的に影響を及ぼさない要素を含み得るが、クレームされている組成物の特性に実質的に影響を与える要素を除外することを意図する。 Throughout the specification, the term "becoming essentially" may include elements that do not substantially affect the properties, but exclude elements that substantially affect the properties of the claimed composition. Intended to do.
本明細書で提示される定義に関して、特に明記しない限り、または文脈から暗示されない限り、定義された用語及び句は、提示された意味を含む。別途明記しない限り、または文脈から明らかでない限り、以下の用語及び句は、その用語または句が関連技術の当業者により得ている意味を排除するものではない。定義は、特定の実施形態の説明を助けるために提示され、発明の範囲は特許請求の範囲によってのみ制限されるので、特許請求された発明を限定することを意図するものではない。更に、別段文脈により要求されない限り、単数形の用語は複数形を含むものとし、複数形の用語は単数形を含むものとする。 With respect to the definitions presented herein, unless otherwise specified or implied by context, the defined terms and phrases include the meanings presented. Unless otherwise stated or apparent from the context, the following terms and phrases do not preclude the meaning gained by one of ordinary skill in the art concerned. The definition is presented to aid in the description of a particular embodiment and is not intended to limit the claimed invention, as the scope of the invention is limited only by the claims. Further, unless otherwise required by context, singular terms shall include the plural and plural terms shall include the singular.
本明細書全体を通して、本発明の様々な態様及び構成要素は、範囲の形式で提示することができる。範囲の形式は便宜上含まれているものであり、本発明の範囲に対する柔軟性のない制限として解釈されるべきではない。したがって、範囲の説明は、特に明記されていない限り、すべての可能な副次的範囲とその範囲内の個々の数値を具体的に開示しているとみなすべきである。例えば、1〜5などの範囲の記述は、整数が必要な場合や文脈から暗黙的に指定されている場合でなければ、1〜3、1〜4、1〜5、2〜4、2〜5、3〜5などの副次的範囲、ならびに、1、2、3、4、5、5.5、6などの記載された範囲内の個別及び部分的な数値を、具体的に開示しているとみなすべきである。これは、開示された範囲の幅に関係なく適用される。特定の値が必要な場合、これらは本明細書に示される。 Throughout the specification, various aspects and components of the invention can be presented in the form of a range. The form of scope is included for convenience and should not be construed as an inflexible limitation on the scope of the invention. Therefore, the description of the range should be regarded as specifically disclosing all possible sub-ranges and individual numbers within that range, unless otherwise stated. For example, descriptions in the range 1-5 are 1-3, 1-4,1-5,2-4,2-unless an integer is required or implicitly specified by the context. Specific disclosure of secondary ranges such as 5, 3-5, as well as individual and partial numerical values within the stated ranges such as 1, 2, 3, 4, 5, 5.5, 6. Should be considered. This applies regardless of the width of the disclosed range. If specific values are required, they are shown herein.
「約」
本明細書において、「約」という用語は、その用語に関連する任意の値(複数可)における10%の許容誤差を包含する。
"about"
As used herein, the term "about" includes a 10% margin of error at any value (s) associated with the term.
「炭化水素」
本明細書に開示される炭化水素モノマーは、水素原子及び炭素原子のみからなるモノマーであると理解される。炭化水素の例には、アルケン、アルキン、シクロアルケン、芳香族化合物、またはそれらの混合物が含まれる。
"hydrocarbon"
The hydrocarbon monomers disclosed herein are understood to be monomers consisting only of hydrogen and carbon atoms. Examples of hydrocarbons include alkenes, alkynes, cycloalkenes, aromatic compounds, or mixtures thereof.
「凝集体」
本明細書で使用される場合、別途記載されていない、または用いられている文脈から明白でなければ、「凝集体」という用語は、複数のナノ粒子ポリマーを含み、5nm〜100μmの範囲のサイズ、例えば、約5nm〜約500nmの範囲のサイズを有する粒子を意味するものとする。
"Aggregate"
As used herein, unless otherwise stated or apparent from the context in which it is used, the term "aggregate" comprises multiple nanoparticle polymers and has a size in the range of 5 nm to 100 μm. For example, it is meant to mean particles having a size in the range of about 5 nm to about 500 nm.
「コンジュゲート」
本明細書において、「コンジュゲート」という用語は、1つ以上の化合物をナノ粒子ポリマーまたはナノ粒子ポリマーを含む凝集体へ付着させることによって、形成される分子を指す。「1つ以上の化合物」は、本明細書で定義される第2の種とすることができる。付着は、共有結合または静電相互作用を介したものであってもよい。
"Conjugate"
As used herein, the term "conjugate" refers to a molecule formed by attaching one or more compounds to a nanoparticle polymer or an aggregate containing the nanoparticle polymer. "One or more compounds" can be the second species as defined herein. Adhesion may be via covalent bonds or electrostatic interactions.
「不活性ガス」
「不活性ガス」という用語は、一般に、ナノ粒子ポリマーまたはその凝集体を調製するために使用されるものなど、一組の所与の条件下で活性化することができ、本明細書に記載されるように、1つ以上のモノマーと化学反応を受け得るガスを指すが、ただしこれはナノ粒子ポリマーまたはその凝集体に組み込まれていない。不活性ガスの例には、例えば、ヘリウム、ネオン、及びアルゴンが含まれる。
"Inert gas"
The term "inert gas" can be activated under a given set of conditions, such as those commonly used to prepare nanoparticle polymers or aggregates thereof, as described herein. As such, it refers to a gas that can undergo a chemical reaction with one or more monomers, but it is not incorporated into a nanoparticle polymer or an aggregate thereof. Examples of the inert gas include, for example, helium, neon, and argon.
「モノマー」
他に明記しない限り、「モノマー」という用語は、プラズマでの断片化及び反応プロセスによって生成可能なポリマーを、1つ以上の反応性官能基により形成するべく反応できるモノマー化合物を意味すると、理解される。
"monomer"
Unless otherwise stated, the term "monomer" is understood to mean a monomeric compound capable of reacting to form a polymer capable of being produced by a plasma fragmentation and reaction process with one or more reactive functional groups. To.
「ナノP3」
他に指定されていない、または用いられている文脈から明白でない限り、「ナノP3」という用語は、100ミクロン未満のサイズを有するナノ粒子材料を指し、例えばナノP3は、約5〜500nmのサイズを有することができる。文脈から明示または暗示されない限り、「ナノP3」という用語は、他に指定されていない、または用いられている文脈から明白でない限り、本明細書で定義される「ナノ粒子ポリマー」及び「凝集体」の両方を包含する。「ナノP3」という用語は、「ナノ粒子材料」と互換的に使用することができる。好ましい一実施形態では、ナノ粒子材料はプラズマポリマーを含む。プラズマポリマーは、プラズマ中の断片の縮合によって形成することができ、当該材料は、1つ以上の化合物、例えば、有機または有機金属種を含む1つ以上の「第2の種」を共有結合することができる。
"Nano P 3 "
Unless clear from the context that other not specified, or used, the term "nano P 3" refers to a nanoparticle material having a size less than 100 microns, for example, nano-P 3 is approximately 5~500nm Can have a size of. Unless expressly or implied by the context, the term "nanoP 3 " is defined herein as "nanoparticle polymer" and "condensation" unless otherwise specified or apparent from the context in which it is used. Includes both "aggregates". The term "nano P 3 " can be used interchangeably with "nanoparticle material". In a preferred embodiment, the nanoparticle material comprises a plasma polymer. Plasma polymers can be formed by condensation of fragments in plasma, the material covalently bonding one or more compounds, eg, one or more "second species" containing organic or organometallic species. be able to.
「ナノ粒子ポリマー」
本明細書において、「ナノ粒子ポリマー」という用語は、本明細書で定義されるモノマーで形成されたポリマーを指し、ナノ粒子ポリマーは、約1nm〜約50nmの範囲の粒子サイズを有する。好ましい一実施形態では、ナノ粒子ポリマーは、プラズマでの断片の縮合によって形成され、当該材料は、有機または有機金属の種を含む1つ以上の化合物を共有結合することができる。
"Nanoparticle polymer"
As used herein, the term "nanoparticle polymer" refers to a polymer formed of the monomers as defined herein, a nanoparticle polymer having a particle size in the range of about 1 nm to about 50 nm. In a preferred embodiment, the nanoparticle polymer is formed by condensation of fragments in plasma and the material can be covalently bonded to one or more compounds, including organic or organometallic seeds.
「ポリマー」
「ポリマー」という用語は、重合のプロセスを通じて作成された、不均一であり得る、及び/または無秩序構造に配置可能な繰り返し構造単位からなる化合物または化合物の混合物を指す。本発明において有用な適切なポリマーは、全体を通して記載されている。一実施形態では、ポリマーは、繰り返し単位が比較的無秩序な構造に組み立てられているプラズマポリマーである。
"polymer"
The term "polymer" refers to a compound or mixture of compounds made up of repeating structural units that can be non-uniform and / or can be arranged in a chaotic structure, created through the process of polymerization. Suitable polymers useful in the present invention are described throughout. In one embodiment, the polymer is a plasma polymer in which the repeating units are assembled into a relatively chaotic structure.
「プラズマ」
「プラズマ」という用語は、概して、イオン、電子、中性種、及び放射線の混合物を含む、(部分的に)イオン化されたガスを指す。本明細書で言及されるプラズマは、少なくとも1つのモノマーを含む。
"plasma"
The term "plasma" generally refers to a (partially) ionized gas containing a mixture of ions, electrons, neutral species, and radiation. The plasma referred to herein comprises at least one monomer.
「プラズマポリマー」
本明細書において、「プラズマポリマー」は、1つ以上のモノマーを含む、プラズマから誘導されるポリマーである。プラズマはまた、1つ以上の反応性の非重合性(モノマーではない)ガス、及び/または1つ以上の不活性ガスを含み得る。
"Plasma polymer"
As used herein, a "plasma polymer" is a plasma-derived polymer containing one or more monomers. The plasma may also contain one or more reactive non-polymerizable (non-monomeric) gases and / or one or more inert gases.
「反応性ガス」
本明細書において、「反応性ガス」という用語は、概して、ナノ粒子ポリマーまたはその凝集体を調製するために使用されるものなど、一組の所与の条件下で活性化され、本明細書に記載の1つ以上のモノマーとの化学反応を経るガスを指す。
"Reactive gas"
As used herein, the term "reactive gas" is generally activated under a given set of conditions, such as those used to prepare nanoparticle polymers or aggregates thereof, herein. Refers to a gas that undergoes a chemical reaction with one or more of the monomers described in 1.
モノマー
本明細書に記載のナノP3の材料は、1つ以上のモノマーから少なくとも部分的に誘導する(derive)ことができる。一実施形態では、1つ以上のモノマーは、ナノP3材料を形成するためにガスの形態で使用される。
Materials of the nano-P 3 described monomers herein may be at least partially derived from one or more monomers (derive) it. In one embodiment, one or more monomers are used in the form of gas to form a nano-P 3 material.
適切なモノマーの例は、参照により本明細書に組み込まれるPCT公開番号WO2018/112543の18ページの26行目〜21ページの1行目に記載されている。 Examples of suitable monomers are described in PCT Publication No. WO2018 / 112543, page 18, lines 26-21, which are incorporated herein by reference.
非重合性反応性ガス
示されているように、本明細書に記載のナノP3材料は、1つ以上のモノマー及び1つ以上の非重合性の反応性ガスから誘導することができる。一実施形態では、1つ以上の非重合性(モノマーではない)の反応性ガスが活性化され、1つ以上のモノマーと反応して、ナノP3を形成し得る。非重合性反応性ガスの断片は、ナノ粒子ポリマーまたはその凝集体に組み込まれ得る。
As shown non-polymerizable reactive gas, nano P 3 materials described herein can be derived from one or more monomers and one or more non-polymerizable reactive gas. In one embodiment, the reactive gas of one or more non-polymerizable (not monomers) is activated, and reacted with one or more monomers to form a nano-P 3. Fragments of the non-polymerizable reactive gas can be incorporated into the nanoparticle polymer or its aggregates.
適切な非重合性反応性ガスの例は、周期表の15族、16族、または17族のガスであり得る。例えば、非重合性反応性ガスは、窒素(N2)ガス、または酸素(O2)ガスであり得る。一例としての窒素は、生じるナノP3材料の疎水性の低減を確実にするのに特に適切であり得、これは、必要に応じて、水溶液中のナノP3材料のより良好な分散を可能にし得る。例えば、窒素が存在していることは、ナノ粒子ポリマーまたはナノP3材料のアミン、イミンまたはニトリル基、あるいはそれらの混合物の存在をもたらし得る。 An example of a suitable non-polymerizable reactive gas can be a Group 15, 16 or 17 gas in the Periodic Table. For example, the non-polymerizable reactive gas can be nitrogen (N 2 ) gas or oxygen (O 2 ) gas. Nitrogen as an example, obtained is particularly suitable for ensuring the hydrophobicity of reduction of nano-P 3 material occurs, which may optionally contain allows better dispersion of the nano-P 3 material in an aqueous solution Can be. For example, the nitrogen is present can lead to the presence of nano-amine particles polymers or nano-P 3 materials, imine or nitrile group, or mixtures thereof.
ナノP3
ナノP3材料は、ホモポリマーまたはコポリマーであり得る。一実施形態では、ナノP3材料はホモポリマーである。別の実施形態では、ナノP3材料はコポリマーである。
Nano P 3
Nano P 3 material may be a homopolymer or a copolymer. In one embodiment, the nano-P 3 material is a homopolymer. In another embodiment, the nano-P 3 material is a copolymer.
一実施形態では、ナノP3は、本明細書に記載の1つ以上のモノマーを含むプラズマから誘導され、これらは最初はガスの形態で存在する。1つ以上の不活性ガス、例えば、ヘリウム、ネオンまたはアルゴンは、任意選択で、1つ以上のモノマーと共に、例えば、1つ以上の非重合性反応性ガスと組み合わせて存在し得る。 In one embodiment, the nano-P 3 is derived from plasma comprising one or more monomers described herein, which are initially present in the form of a gas. The one or more inert gases, such as helium, neon or argon, may optionally be present with the one or more monomers in combination with, for example, one or more non-polymerizable reactive gases.
適切なナノP3材料及び適切なナノP3材料を導出する方法の例は、参照により本明細書に組み込まれるPCT公開番号WO2018/112543の21ページの2行目〜28ページの12行目に記載されている。 Examples of a method of deriving an appropriate nano P 3 materials and suitable nano P 3 material, by reference to the line 12 of the second row to 28 pages of 21 pages of PCT Publication No. WO2018 / 112543, incorporated herein Has been described.
凝集体
凝集体はナノP3材料の製造時に、本明細書に記載のナノ粒子のポリマーから形成することができる。
The aggregates aggregates can be formed during the production of nano-P 3 material, the polymer of the nanoparticles described herein.
一実施形態では、凝集体は、約5nm〜約100μmの範囲、例えば、約5nm〜約500nmのサイズを有する。 In one embodiment, the aggregate has a size in the range of about 5 nm to about 100 μm, eg, about 5 nm to about 500 nm.
コンジュゲート
本明細書に記載のナノ粒子ポリマー、凝集体またはナノP3材料は、コンジュゲートを形成するために、1つ以上の化合物、例えば、有機化合物、有機金属化合物、または本明細書で定義される第2の種に結合することができる。
Nanoparticles polymers according to the conjugate herein, aggregates or nano P 3 material, in order to form a conjugate, one or more compounds, for example, defined organic compounds, organometallic compounds, or in the specification Can be bound to a second species that is made.
適切なコンジュゲート及び適切なコンジュゲートを導出するための方法の詳細は、参照により本明細書に組み込まれるPCT公開番号WO2018/112543の28ページの18行目〜40ページの6行目に記載されている。 Details of the appropriate conjugates and methods for deriving the appropriate conjugates are described in PCT Publication No. WO 2018/112543, page 28, lines 18-40, which is incorporated herein by reference. ing.
医薬組成物
医薬組成物は、本明細書で定義されるナノ粒子ポリマー、凝集体、またはコンジュゲート、ならびに薬学的に許容される担体、賦形剤、または結合剤を含み得る。適切な医薬組成物及び適切な医薬組成物を導出するための方法の詳細は、参照により本明細書に組み込まれるPCT公開番号WO2018/112543の40ページの7行目〜44ページの26行目に記載されている。
Pharmaceutical Compositions Pharmaceutical compositions may include nanoparticle polymers, aggregates, or conjugates as defined herein, as well as pharmaceutically acceptable carriers, excipients, or binders. For details of the appropriate pharmaceutical composition and the method for deriving the appropriate pharmaceutical composition, see pages 7 to 26 of
治療方法
疾患、障害、または状態の1つ以上の症状を患う、なり易い、または呈する対象を治療する方法は、本明細書で定義されるナノ粒子ポリマー、その凝集体またはコンジュゲート、あるいは本明細書で定義されているような医薬組成物を、対象に対して投与するステップを含み得る。本明細書に記載のナノ粒子ポリマー、凝集体またはコンジュゲートはまた、診断試験において使用することができる。
Therapeutic Methods Methods of treating an object suffering from, prone to, or exhibiting one or more symptoms of a disease, disorder, or condition are nanoparticle polymers, aggregates or conjugates thereof, as defined herein, or herein. It may include the step of administering to a subject a pharmaceutical composition as defined in the book. The nanoparticle polymers, aggregates or conjugates described herein can also be used in diagnostic tests.
治療及び診断試験の適切な方法の詳細は、参照により本明細書に組み込まれるPCT公開番号WO2018/112543の45ページの1行目〜48ページの10行目に記載されている。 Details of appropriate methods of treatment and diagnostic trials are described in PCT Publication No. WO 2018/112543, page 45, lines 1-48, which are incorporated herein by reference.
基板
本明細書で定義されるようなナノ粒子ポリマー、凝集体、またはコンジュゲートは、基板に含まれ得る。
Substrate Nanoparticle polymers, aggregates, or conjugates as defined herein can be included in the substrate.
適切な基板の詳細は、参照により本明細書に組み込まれるPCT公開番号WO2018/112543の48ページの11行目〜49ページの17行目に記載されている。 Details of suitable substrates are described in PCT Publication No. WO 2018/112543, page 48, lines 11-49, which are incorporated herein by reference.
ナノP3粒子の生成
本開示の実施形態によるプラズマ重合(PP)装置100は、図1aに示されている。PP装置100は、真空チャンバ101の内部に配置することができる。PP装置100は、ガスの形態の少なくとも1つのモノマー、及び任意選択で、1つ以上の非重合性の反応性ガスなどの1つ以上の追加のガスを、装置の反応ゾーン103に供給するための少なくとも1つのガス入口102を含む。装置100はまた、第1の電極104、反応ゾーン103の対向する側にある第1の電極104から離間された第2の電極105、第2の電極105に隣接して配置された複数のコレクタ106、及び第2の電極105に隣接して配置された冷却装置107を含む。複数のコレクタ106は、第2の電極105と接触して、近接して、または少なくとも部分的に内側にさえも位置付けることによって、第2の電極105に隣接して配置することができる。冷却装置107は、第2の電極105と接触して、近接して、または少なくとも部分的に内側にさえも位置付けることによって、第2の電極105に隣接して配置することができる。
Plasma polymerization according to embodiments of the product present disclosure nano P 3 particles (PP)
PP装置100は、ナノ粒子及びその凝集体を含む、反応性プラズマにおいて形成されたプラズマポリマーナノ粒子材料を収集するために使用することができる。例えば、以下でより詳細に論じられるように、ナノ粒子ポリマー及びその凝集体は、PP装置100を使用して形成することができ、ガスの形態の少なくとも1つのモノマーを反応ゾーン103に供給すること、第1の電極104に電力を供給して、反応ゾーンでプラズマを生成し、少なくとも1つのモノマーからプラズマポリマーナノ粒子を形成すること、及び複数のコレクタ106を使用して、反応ゾーン103で形成されたナノ粒子を収集することを含む方法で形成することができる。
The
示されるように、少なくとも1つのモノマーがガスの形態で反応ゾーン103に提供される。これに関して、モノマーを含む少なくとも1つのガスを反応ゾーン103に供給することができる。供給される少なくとも1つのガスは、少なくとも1つの有機(すなわち、炭素を含み、二酸化炭素ではない)ガスを含み得る。さらに、供給される少なくとも1つのガスは、少なくとも1つの非重合性反応性ガス及び/または少なくとも1つの不活性ガスを含み得る。真空チャンバに供給される少なくとも1つのガスは、絶対圧が約1〜約1500Pa、例えば、約6Pa〜約67Paの範囲であり得る。
As shown, at least one monomer is provided in
非重合性反応性ガスはモノマーではない場合もある。非重合性反応性ガスは、窒素(N2)ガスであり得る。非重合性反応性ガスは酸素(O2)ガスであり得る。非重合性反応性ガスは空気であり得る。非重合性反応性ガスは、ナノ粒子材料に反応性であるガスであり得る。いくつかの実施形態では、2つ以上の非重合性反応性ガスを供給することができる。2つ以上の非重合性反応性ガスは、ガスの混合物、例えば、アルゴン、窒素及びアセチレン(炭素前駆体)のガスの混合物であり得る。2つ以上の非重合性反応性ガスのガス成分は、反応ゾーン103に個別に供給することができる。2つ以上の非重合性反応性ガスのガス成分は、反応ゾーン103に事前に調製された混合物として供給することができる。
The non-polymerizable reactive gas may not be a monomer. The non-polymerizable reactive gas can be nitrogen (N 2 ) gas. The non-polymerizable reactive gas can be an oxygen (O 2 ) gas. The non-polymerizable reactive gas can be air. The non-polymerizable reactive gas can be a gas that is reactive with the nanoparticle material. In some embodiments, more than one non-polymerizable reactive gas can be supplied. The two or more non-polymerizable reactive gases can be a mixture of gases, for example a mixture of gases of argon, nitrogen and acetylene (carbon precursor). The gas components of the two or more non-polymerizable reactive gases can be individually supplied to the
反応ゾーン103に供給可能なガスの混合物に非重合性反応性ガスを供給することは、水溶液に分散できず、ナノ粒子ポリマーまたはナノ粒子ポリマーを含む凝集体への1つ以上の化合物の付着によってコンジュゲートを形成できない、疎水性ナノ粒子ポリマー及びその凝集体の形成を低減するのに役立ち得る。
Feeding a non-polymerizable reactive gas to a mixture of gases that can be fed to the
有機ガスは炭化水素を含み得る。有機ガスは、炭素−炭素二重結合及び/または炭素−炭素三重結合を含み得る。有機ガスは、アルケンまたはアルキンであり得る。有機ガスは、そのようなガスの混合物であり得る。有機ガスは、本開示によるプロセスの条件下で重合可能であり得る。いくつかの実施形態では、2つ以上の有機ガスを供給することができる。 The organic gas may contain hydrocarbons. The organic gas may contain carbon-carbon double bonds and / or carbon-carbon triple bonds. The organic gas can be an alkene or an alkyne. The organic gas can be a mixture of such gases. The organic gas may be polymerizable under the conditions of the process according to the present disclosure. In some embodiments, more than one organic gas can be supplied.
一実施形態では、少なくとも1つのガスは、2つ以上のガスの混合物を含む。混合物の1つのガスは、ナノ粒子ポリマーまたはその凝集体に組み込まれていない不活性ガスであり得る。少なくとも1つのガスは、真空チャンバ101に導入される前に個々の構成ガスから調製することができるか、さもなければ、ガスの個々の成分のガスは、真空チャンバ101に別々に導入することができる。後者の場合、少なくとも1つのガスの構成ガスの比率は、異なる成分の異なる流量を制御することによって制御することができる。ガスの少なくとも1つが3つ以上の個別の成分を含む場合、反応ゾーン103に導入されるガスの少なくとも1つはそれ自体が混合物であり得るか、さもなければ、それぞれの別個の構成ガスは個別に導入することができる。構成ガスは、有機ガスを含み、また、1つ以上のキャリアガス、1つ以上の非重合性ガス、及び任意選択で他の構成ガスを含み得る。
In one embodiment, the at least one gas comprises a mixture of two or more gases. One gas in the mixture can be an inert gas that is not incorporated into the nanoparticle polymer or its aggregates. At least one gas can be prepared from the individual constituent gases prior to being introduced into the
図1aに示されるように、PP装置100の第1の電極104及び第2の電極105は、離間して配置され、反応ゾーン103に電界を生成して、ナノ粒子及び/またはその凝集体などのプラズマポリマーナノ粒子材料を、ガスの形態の少なくとも1つのモノマーから形成するように構成される。第1の電極104と第2の電極105との間の距離は、例えば、約5cm〜約60cmであり得る。いくつかの実施形態では、装置100は、第1及び/または第2の電極104、105を動かして、第1及び第2の電極104、105の間の距離を変えることができる直線運動装置を備え得る。
As shown in FIG. 1a, the
第1の電極104は、例えば、約4cm〜約19.9cmの半径、及び約0.5cm〜約5cmの深さを有し得る。第1の電極104及び/または第2の電極105は、例えば、ステンレス鋼(例えば、304または316L)、アルミニウム、またはグラファイトから作製することができる。
The
電力は、第1の電極104、第2の電極105、または両方の電極に印加することができる。いくつかの実施形態では、第1の電極104は電源に接続されており、第2の電極105は電気的に絶縁させて、反応ゾーン103の放電における電極の充電によって決定される浮遊電位を獲得することができるか、またはパルス高電圧電源に接続させてもよい。
Power can be applied to the
第1の電極104に印加される電力は、反応ゾーン103でプラズマ放電を生成及び維持するのに十分であるべきである。それは、ガス、例えば炭化水素ガス、反応性非重合性ガス、及び窒素などの追加のガスの混合物を断片化、解離、またはイオン化するのに十分であるべきで、その断片は、得られるポリマー材料に組み込まれ得る。ガスの解離及び断片化に起因する反応ゾーン103のプラズマ放電においてラジカル種を生成するのに十分であるべきである。反応ゾーン103でのナノ粒子材料の形成中に、反応ゾーン103でプラズマ放電を維持するのに十分であるべきである。
The power applied to the
いくつかの実施形態では、第1の電極104に接続された電源は、第1の電極104に無線周波数(rf)、またはDC、またはパルスの無線周波数、またはパルスのDC電力を供給して、反応ゾーン103内部でプラズマを生成及び維持することができる。例えば、プラズマ生成中に、rf周波数は、約1〜約200MHzで、約5〜約500または約5〜3000Wの電力で第1の電極104に供給することができる。別の例として、パルスバイアス電圧は、約1Hz〜約50kHzの周波数、及び約1〜約150マイクロ秒のパルス持続時間で第1の電極104に供給することができる。パルスのオフの時間とオンの時間との間の比率は、約10(すなわち、10:1)〜約20までになり得る。バイアス電圧は、約−1000V〜約1000Vであり得る。いくつかの実施形態では、バイアス電圧はゼロ以外である。したがって、正または負のいずれかになり得て、いずれの場合も絶対値は10〜1000になり得る。
In some embodiments, the power supply connected to the
プラズマ生成中、反応ゾーン103または真空チャンバ101内部の圧力は、約7.5mTorr〜約115mTorr(絶対圧が約1〜約1500Pa)または約7.5mTorr〜約760mTorr(絶対圧が約1〜約101325Pa)の間であり得る。所望の圧力を達成するために、真空チャンバ101は、最初に、この圧力より低く、例えば、約10mPa未満に排気することができる。次に、ガスまたはその個々の構成ガスを、ポンプ速度と共に調整される十分な速度で、ガス入口102を介して真空チャンバ101及び反応ゾーン103にブリードさせて、反応ゾーン103における所望の圧力及び所望のモノマー滞留時間を達成することを可能にすることによって、所望の圧力が成し遂げられる。反応ゾーン103でプラズマに結び付けられる、ガス分子の滞留時間、圧力、ガスの流量、及び電力は、プラズマのモノマー及び他のガス分子の断片化の程度を決める。必要な流量は、真空チャンバ101のサイズに依拠することが理解されよう。しかし、真空チャンバ101内部の圧力を監視することによって(例えば、真空チャンバ101の内部空間に結び付けられた圧力計によって)、流量(複数可)及びポンプ速度を調整して、望ましい圧力とガス滞留時間を達成することが可能であり得る。少なくとも1つのガスの流量(またはすべてのガスの流量の合計)は、約0.1〜約4000sccm(標準立方センチメートル/分)であり得る。次に、キャリア及び反応性非重合性ガス(複数可)の流量を調整して、真空チャンバ101内部の所望の圧力及び反応ゾーン103内部の滞留時間を達成することができる。
During plasma generation, the pressure inside the
反応ゾーン103で形成されるプラズマポリマーナノ粒子材料の特に所望の特性に従って、流量、圧力、及び電力のいずれかを変えることができることが理解されよう。したがって、流量、圧力、及び電力のそれぞれについて本明細書に例示されている数値または範囲のいずれかを、任意の組み合わせで一緒に使用することができる。例えば、一実施形態では、約0.5〜約10sccmの流量、約20Paの圧力、及び約50W〜約100Wの電力を使用することができる。他のすべての可能な組み合わせが本明細書で想定されている。
It will be appreciated that any of the flow rate, pressure, and power can be varied according to the particularly desired properties of the plasma polymer nanoparticle material formed in the
本開示の一実施形態では、第1の電極104は、無線周波数(rf)電源に接続され、第2の電極105は、浮遊し、当該反応ゾーン103の放電におけるその自発的充電によって決まる浮遊電位を達成することができる。
In one embodiment of the present disclosure, the
上記のように反応性プラズマで形成されたプラズマポリマーナノ粒子材料は、複数のコレクタを使用して収集することができる。複数のコレクタ106のうちの各コレクタ1061は、互いに固定されていてもよく、または独立して移動可能であってもよい。各コレクタは、3次元形状であり得、凹部または受容部分を画定し得る。複数のコレクタ106は、例えば、取り外し可能なプレートに含まれるか、またはそれに配置されることによって、反応ゾーン103及び真空チャンバ101から取り外し可能であり得る。図1aを参照すると、この実施形態では、複数のコレクタ106は、第1の電極104と第2の電極105との間に配置され、反応ゾーン103で形成されたプラズマポリマーナノ粒子材料を収集するように構成される。
The plasma polymer nanoparticle material formed by the reactive plasma as described above can be collected using a plurality of collectors. Each
複数のコレクタ106のうちのコレクタ1061が互いに固定されているか、そうでなければ、複数のコレクタ106は、円形、正方形、楕円形、長方形、三角形、五角形、六角形など、または実質的に円形、実質的に正方形、実質的に楕円形、実質的に長方形、実質的に三角形、実質的に五角形、実質的に六角形などの外形を有する構造を有し得る。構造は、n角形ベースであり得る。例としては、長方形、正方形(n=4)、平行四辺形(Σ2ni=4、i=i1、2)、五角形(n=5)、六角形(n=5)などが挙げられる。等辺の長さnの範囲は約1cm〜約50cmであり得る。例えば、複数のコレクタ106は、寸法が127.89×85.60mm(すなわち、全体の面積が108cm2、辺n1=127.89mm、及びn2=85.60mm)の長方形の組織培養プレートに含まれ得る。
The
一実施形態では、複数のコレクタ106は、例えば図1aに示されるように、複数のバイアル1061を含む。あるいは、またはさらに、例えば、図1aを参照して上で説明したものと類似した機能を果たす本開示の別の実施形態によるプラズマ重合(PP)装置200を示す図2aに示されるように、複数のコレクタ206は、複数のウェル2061を含み得る。例えば、複数のコレクタ206は、コレクタ(ウェル)プレート206に形成された複数のウェル2061を含み得、そのコレクタプレート206は、反応ゾーン203から取り外し可能であり得る。
In one embodiment, the plurality of
それぞれの個々のコレクタ1061、2061の形状及びサイズは、バイアル、ウェル、またはその他によって提供されるかどうかにかかわらず、粒子の凝集を制御するので重要である。各コレクタ(または少なくともその凹部または受容部分)のサイズ及び形状は、ナノ粒子材料の所望のサイズ及び収率に基づいて選択することができる。本開示のいくつかの態様において、コレクタ、例えば、バイアル及び/またはウェル(または少なくとも凹部またはその受容部分)は、それぞれ、約2〜約20mmの深さを有し得る。場合によっては、バイアル及び/またはウェルはそれぞれ20mmより深くてもよい。例として、バイアルまたはウェルが略円形である場合、1つ以上のバイアルまたはウェルの半径は、約1mm〜約50mmであり得る。各バイアルまたはウェルの半径に対する高さの比率は、ナノ粒子材料の所望のサイズ及び収量に応じて調整することができる。一例では、ウェルの半径に対する高さの比は、約5:1〜0.1:1である。
The shape and size of each
複数の円形ウェル2061を有する図2に示される装置では、各ウェル2061は、約8.00mm〜約17.40mmの高さを有し得る。各ウェル2061は、約3.43mm〜約8.13mmの半径を有し得る。例えば、ウェルは高さ=17.40で半径=8.13mm、または高さ=10.67で半径=3.43mm、または、高さ=8.00で半径=7.00mmがあり得る。
In the device shown in FIG. 2 having a plurality of
複数のコレクタ106、206は、密封可能であり得る。したがって、バイアルまたはウェル1061、2061は、個別にまたは集合的に密封可能であり得る。各バイアルまたはウェルをプラズマに曝露すると効果的に滅菌されるため、ナノ粒子材料を各バイアルまたはウェルにおいて直接収集すると、バイアルまたはウェルを単一のステップで収集及び滅菌する簡便な方法を提供することができる。コレクタは、非導電性材料から形成されていてもよいし、導電性材料から形成されていてもよい。コレクタは、プラズマに耐えることができる材料から形成されていてもよい。コレクタは、例えば、ステンレス鋼、アルミニウム、銅、ポリスチレンなどの低脱気ポリマー、高密度ポリスチレン、アクリロニトリルブタジエンスチレン、ポリカーボネート、ポリエチレン(高密度ポリエチレン、低密度ポリエチレンを含む)、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリアセチレン、ポリプロピレン、ガラス(シリカ−二酸化ケイ素)、石英、及び/またはシリコン(半導電性結晶性ウェーハ)から形成することが可能である。
The plurality of
装置100、200で形成されたナノ粒子は、反応ゾーン103、203内部の温度勾配のために熱泳動力を経る。熱泳動力は、プラズマ/ガスの種と高温の領域の粒子との間のより高い運動量の効率から生じる。本発明者らは、温度勾配を有利に使用して、反応ゾーン103の粒子を、より高温の領域からより低温の領域に押し出すことができると判断した。特に、温度勾配を調整して、複数のコレクタ106、206に向かいその中に入る粒子の動きを制御することができる。本実施形態では、適切な温度勾配は、複数のコレクタ106、206を冷却することによって生成される。複数のコレクタ106、206を、反応ゾーン103、203のプラズマ/ガスの温度よりも著しく低い温度に冷却することによって、大きな温度勾配を得ることができる。十分に大きな温度勾配の場合、熱泳動力は、粒子が受けるイオン及びガスの引き込み力に勝っている可能性がある。最終的に、これは、複数のコレクタ106、206においてより高いナノ粒子の収量を提供することができ、収集可能な粒子サイズの範囲を拡大することができる。例えば、より広い範囲の粒子サイズで、粒子を複数のコレクタに向かって押す正味の引き込み力(つまり、ガスの引き込み、イオンの引き込み、及び熱泳動力の合計)を使用可能にして、閉じ込められている任意の静電力を上回ることができる。
The nanoparticles formed by the
図1を参照すると、冷却は、例えば、複数のコレクタ106を冷却装置107に熱で結合することによって達成することができ、例えば、複数のコレクタまたは複数のコレクタを含む他の構造物の1つ以上の表面を、冷却装置107の冷却面と直接接触させるか、または熱伝達媒体を介して接触させて配置することによって、達成することができる。冷却装置107は、単一の冷却装置またはアレイ、及び/または冷却装置のカスケード、例えば熱電半導体装置、例えば1つ以上のペルチェ半導体素子を備え得る。冷却装置107は、第1の電極104と第2の電極105との間に配置することができる。冷却装置107は、複数のコレクタ106と第2の電極107との間に配置することができる。冷却装置107は、反応ゾーン103でのナノ粒子材料の合成中に、各コレクタ1061の少なくとも一部をプラズマの温度よりも低く冷却することが可能であり得る。冷却装置107による冷却は、各コレクタ1061の壁を冷却することができる。
Referring to FIG. 1, cooling can be achieved, for example, by thermally coupling the plurality of
一実施形態では、複数のコレクタ106と冷却装置107との間の熱結合は、複数のコレクタ106と冷却装置107との間に配置された真空適合性の高熱伝導率熱ペーストまたはパッドを介して達成することができる。冷却装置107の冷却面の面積は、冷却装置107に結合された複数のコレクタ106の表面の面積と同じであり得る。
In one embodiment, the thermal coupling between the plurality of
また、複数の冷却装置が、例えば、アレイまたはカスケードで設けられる場合、隣接する冷却装置間の熱結合が、それらの間の効率的な熱伝達を確実にするために設けられ得る。冷却装置アレイの間の結合はまた、真空適合性の高熱伝導率(例えば、3W/mK、6W/mK、12W/mKまたはそれより高い)熱ペーストまたはパッドを介して達成することができる。 Also, if multiple cooling devices are provided, for example in an array or cascade, thermal coupling between adjacent cooling devices can be provided to ensure efficient heat transfer between them. Coupling between the cooler arrays can also be achieved via a vacuum compatible high thermal conductivity (eg, 3W / mK, 6W / mK, 12W / mK or higher) thermal paste or pad.
示されているように、冷却装置107は、少なくとも1つのペルチェ素子を含み得る。場合によっては、最大の市販のペルチェ素子の表面積は、冷却される複数のコレクタの表面積よりも小さい場合がある(例えば、100×100mm)。この状況では、ペルチェ素子のアレイを使用して、コレクタ全体に均一な冷却を実現できる。
As shown, the
ペルチェ素子は、例えば、約2V〜30Vの間の電圧の範囲で動作し得、例えば、約2A〜40Aの間の総電流を引き出すことができる。ペルチェ素子の「加温側」と「冷却側」の最大の温度差は、1℃〜80℃の範囲であり得る。カスケードに積み重ねられたペルチェ素子の場合、下部素子(複数のコレクタから最も遠いもの)へ印加する電圧は、上部素子(複数のコレクタに最も近いもの)よりも高くてもよい。2つの素子がカスケードに積み重ねられる一実施形態では、下部素子に印加される電圧は12Vであり得、上部素子に印加される電圧は5Vであり得る。別の実施形態では、3つの素子がカスケードに積み重ねられ、変更された冷却装置に関する図1aの装置100の一部を示す図1bで表されているように、下部素子107aに印加される電圧は12Vであり得、中央素子107bに印加される電圧は5Vであり得、上部素子107cに印加される電圧は3.3Vであり得る。
The thermoelectric cooling can operate, for example, in a voltage range between about 2V and 30V, and can draw a total current, for example, between about 2A and 40A. The maximum temperature difference between the "warming side" and the "cooling side" of the Pelche element can be in the range of 1 ° C to 80 ° C. In the case of the Pelche elements stacked in a cascade, the voltage applied to the lower element (the one closest to the plurality of collectors) may be higher than the upper element (the one closest to the plurality of collectors). In one embodiment in which the two elements are stacked in a cascade, the voltage applied to the lower element can be 12V and the voltage applied to the upper element can be 5V. In another embodiment, the voltage applied to the
図2a及び2bを参照すると、一実施形態では、冷却装置207は、コレクタプレート206の背面に熱で結合されたペルチェ装置などの熱電半導体装置のアレイであり得、コレクタプレートは、複数のウェル2061を備える。コレクタプレート206に隣接し、それに面する冷却装置207の冷却側2071は、コレクタプレート206を冷却する。コレクタプレート206の温度は、冷却装置207の反対側の加温側2072に効率的な熱放散をもたらすことによって安定化され、一定に維持することができる。冷却装置201の加温側2072によって生成された熱の効率的な放散は、冷却装置207と熱で結合可能な熱交換器201を用いて達成することができる。熱交換器201は、例えば、図2a及び2bに示されるように、ヒートシンクなどのパッシブな部品を備えることができる。ヒートシンクは、例えば、複数のフィン2011を含むことにより、大きな表面積を含み得る。
Referring to FIGS. 2a and 2b, in one embodiment, the
追加的または代替的に、熱交換器は、熱伝達流体(例えば、水、液体窒素、ヘリウム)を、冷却装置207の加温側2072と接触する金属パイプ(例えば、銅またはステンレス鋼で形成される)を通して絶えず流す、閉じた冷却ループなどのアクティブな構成要素を含み得る。
Additional or alternative, the heat exchanger is made of a metal pipe (eg, copper or stainless steel) that contacts the heat transfer fluid (eg, water, liquid nitrogen, helium) with the
追加的または代替的に、ヒートシンクは、熱放散を強化するためのアクティブな構成要素、例えば、ファン及び/または銅のヒートパイプを含み得る。一実施形態では、例として、ヒートシンクの延長部分は、装置200が配置されている真空チャンバの外側に延長するように構成される。ファンは、真空チャンバの外側に延びるヒートシンクの部分に結合することができる。
Additional or alternative, the heat sink may include active components for enhancing heat dissipation, such as fans and / or copper heat pipes. In one embodiment, by way of example, the extension portion of the heat sink is configured to extend outside the vacuum chamber in which the
図2に示されるように、いくつかの実施形態では、第2の電極205は、以下の、冷却装置207、コレクタプレート206、及び熱交換器201のうちの1つ以上が少なくとも部分的に受け入れられる凹部2051を備える。例えば、図2aに示される実施形態によれば、少なくとも冷却装置207は、凹部2051に完全に収容することができる。コレクタプレート206を少なくとも部分的に受け入れるために、凹部は片側で開いていてもよい。
As shown in FIG. 2, in some embodiments, the
図2aに示されるように、本開示によるPP装置200は、閉じ込めグリッド202などの閉じ込め手段をさらに含み得る。閉じ込めグリッド202は、第1の電極204と第2の電極205との間に延在することができる。閉じ込めグリッド202は、接地されるか、またはプラズマへの曝露時に閉じ込めグリッドの充電によって決まる電位を獲得することを可能にすることができる。これに関して、またはそうでなければ、閉じ込めグリッド202は、第3の電極を備えるとみなすことができる。閉じ込めグリッド202は、電界を閉じ込めることによって、第1の電極204と複数のコレクタ206との間にプラズマを実質的に閉じ込めることができる。閉じ込めグリッド202は、プラズマの横方向の膨張及び周囲の真空チャンバの壁への拡散を阻害し得る。いくつかの実施形態では、閉じ込めグリッドはまた、反応ゾーン203を閉じ込め及び/または画定することができる。プラズマにおいて形成されたナノ粒子材料は、反応ゾーン203の正のプラズマ電位によって閉じ込められるので、粒子損失は、閉じ込めグリッド203によって画定される境界内に反応ゾーン203(及び最終的にはプラズマ及びナノ粒子材料)を閉じ込めることによって大幅に抑制することができる。
As shown in FIG. 2a, the
閉じ込めグリッド203は、例えば、図2aに示されるように、複数の開口部2021を備えたメッシュを含み得る。メッシュの各開口部は、例えば、約50μm〜5mmの間の最大寸法を有し得る。例のみとして、閉じ込めグリッド203のメッシュの開口部2021は、実質的に円形、正方形、楕円形、長方形、三角形、五角形、六角形であり得る。組み合わせたとき、開口部は、例えば、円形、長方形、ハニカム、または三角形メッシュの閉じ込め構造を設けることができる。各開口部2021は、形状及び/またはサイズが均一であり得る。あるいは、異なる形状及び/またはサイズの開口部を備えることができる。
The
閉じ込めグリッド203は、導電性または非導電性材料から形成されていてもよい。閉じ込めグリッド203は、プラズマに耐えることができる材料から形成されていてもよい。閉じ込めグリッド203は、例えば、ステンレス鋼、アルミニウム、及び/または銅から形成されていてもよい。閉じ込めグリッド203は、管状または部分的に管状である全体的な構造を有し得る。閉じ込めグリッド203の断面、例えば、第1及び第2の電極204、205の間に延びる軸に垂直な平面を横切るその幅方向の断面は、実質的に円形、正方形、楕円形、長方形、三角形、五角形、六角形であり得る。例えば、図2a及び2bから明らかなように、断面は円形であり、したがって、閉じ込めグリッド203は、実質的に円筒形の構造を有する。
The
閉じ込めグリッド203は、約5cm〜約20cmの最大幅を有し得る。閉じ込めグリッド203は、第1及び/または第2の電極204、205の最大幅と実質的に同じかそれよりも大きい最大幅を有し得る。
The
第1及び第2の電極204、205の間に延びる閉じ込めグリッド203の長さは、例えば、約3cm〜約30cmであり得る。閉じ込めグリッド203は、第1及び第2の電極204、205との間の距離と実質的に同じかそれよりも長い長さを有し得る。
The length of the
本明細書に記載の構成は、PP装置100、200が、反応性プラズマで形成されたプラズマポリマーナノ粒子材料の収集を強化することを可能にし得る。一例として、プロセス収率は、複数のコレクタ106、206が冷却装置107、207によって冷却されるときの熱泳動力の増加によって高めることができ、反応ゾーン103、203において複数のコレクタ106、206に向く正味の引き込み力をより多くの粒子が経ることになる。収率の向上は、閉じ込めグリッド202を使用して反応ゾーン103、203のプラズマ境界を閉じ込めることによってさらに実現することができる。
The configurations described herein may allow
図1及び図2には示されていないが、本開示によるPP装置100、200は、冷却装置107、207によって適用される冷却を制御するためのコントローラ310を備え得る。冷却を制御することにより、コントローラは、次に、複数のコレクタ106、206によって収集された粒子の収量及び/または特性を制御することができる。
Although not shown in FIGS. 1 and 2, the
一例では、図3に示されるように、コントローラ301は、電源302によって冷却装置107、207に供給される電力(例えば、電圧)を調整することによって、冷却装置107、207によって適用される冷却の程度を制御することができる。コントローラ301は、ユーザインターフェース303からの入力に基づいて、及び/または粒子センサ304からの入力に基づいて、及び/または温度測定装置305からの入力に基づいて、及び/またはプラズマ診断装置306からの入力に基づいて、電力を調整することができる。
In one example, as shown in FIG. 3, the
ユーザインターフェース303は、1つ以上のボタン、ダイヤル、キーボード、タッチセンシティブスクリーン、またはその他を含み得、それを通して、ユーザは、所望の粒子特性を選択し得る。
The
粒子センサ304は、例えば、プラズマ、反応ゾーン103、203、及び/または複数のコレクタ106、206に位置する粒子をスキャンするスキャナを含み得る。粒子センサ304は、例えば、ナノ粒子材料に散乱されたレーザー源から放出された光の強度及び空間分布を検出するカメラを含み得る。温度測定装置305は、例えば、複数のコレクタ106、206または個々のウェル/バイアル1061、2061と接触している熱電対を含み得る。プラズマ診断装置306は、反応ゾーンの異なる位置、例えば複数のコレクタ106、206の近くで、電子の温度及び密度などの関連するプラズマ出力パラメータを測定するためのラングミュアプローブのアレイを含み得る。追加的または代替的に、プラズマ診断装置306は、反応ゾーン103、203内の異なる位置でプラズマによって放出された放射線を収集するために、強化電荷結合装置画像センサ及び光ファイバーに結合された光学分光計(またはモノクロメーター)を含み得る。放電発光強度は、例えば、PCT公開番号WO2018/112543の72ページの19行目〜28行目、79ページの3行目〜80ページの27行目、及び図5、図6、図11〜15、図17及び図18に記載されているように、反応チャンバのナノ粒子材料の形成、成長、及び除去中に振動する可能性がある。振動の周期と相対強度は、ナノ粒子の化学的性質、サイズ、及び収率に関連している。したがって、粒子センサ304、温度測定装置305、及び/またはプラズマ診断装置306は、例えば装置を使用して生成された粒子の現在の粒子特性を計算するために使用することができ、現在の粒子特性と所望の粒子特性との間の何らかの差異に応じて、コントローラ301は、冷却、プラズマに結合される電力、モノマー及び/または他のガスの流量、ならびに/あるいは反応チャンバ内の圧力を、例えば自動的に調整することができる。これに関して、装置は、感知された粒子特性、プラズマ診断、及び/または複数のコレクタの温度測定に基づいて、プラズマ入力パラメータ(結合された電力、ガスの流量及び/または放電圧力など)を調整して粒子特性を調整し、及び/または冷却制御を使用して粒子の収量及び熱泳動力を調整するフィードバックループを含み得る。
The
粒子特性は、ナノ粒子またはナノ粒子の凝集体の平均または平均サイズ、ナノ粒子またはナノ粒子の凝集体の数、またはナノ粒子またはナノ粒子の凝集体の化学などを、個別に含めることができる。 Particle properties can individually include the average or average size of nanoparticles or aggregates of nanoparticles, the number of nanoparticles or aggregates of nanoparticles, or the chemistry of nanoparticles or aggregates of nanoparticles.
コントローラ301は、プロセッサを含み得る。本明細書に開示されるプロセッサは、装置及び方法の1つ以上の機能を制御するためのいくつかの制御または処理モジュールを含み得、また、データ、例えば、スキャンデータ、所望の粒子特性またはその他を記憶するための1つ以上の記憶素子を含み得る。モジュール及び記憶素子は、1つ以上の処理装置及び1つ以上のデータ記憶装置を使用して実装することができ、これらのモジュール及び/または記憶装置は、1つの場所にあるか、または複数の場所に分散され、1つ以上の通信リンクによって相互接続することができる。使用される処理装置は、デスクトップコンピュータ、ラップトップコンピュータ、タブレット、スマートフォン、携帯情報端末、及び本開示による機能を実行するために特別に製造された装置を含む他のタイプの処理装置に配置することができる。
The
さらに、処理モジュールは、コンピュータプログラムまたはプログラム命令を含むプログラムコードによって実装することができる。コンピュータプログラム命令は、ソースコード、オブジェクトコード、マシンコード、またはプロセッサに説明されたステップを実行させるように動作可能な他の任意の格納されたデータを含むことができる。コンピュータプログラムは、コンパイル言語またはインタプリタ言語を含むいずれかの形式のプログラミング言語で記述されてもよく、スタンドアロンプログラム若しくはモジュール、コンポーネント、サブルーチン、またはコンピューティング環境における使用に適切な他のユニットとして含む、いずれかの形式において開発されてもよい。データ記憶装置(複数可)は、揮発性(例えば、RAM)及び/または不揮発性(例えば、ROM、ディスク)メモリ、またはその他などの適切なコンピュータ可読媒体を含み得る。 Further, the processing module can be implemented by a computer program or program code including program instructions. Computer program instructions can include source code, object code, machine code, or any other stored data that can be operated to cause the processor to perform the steps described. Computer programs may be written in any form of programming language, including compiled or interpreted languages, including stand-alone programs or modules, components, subroutines, or other units suitable for use in a computing environment. It may be developed in this format. The data storage device (s) may include a suitable computer-readable medium such as volatile (eg, RAM) and / or non-volatile (eg, ROM, disk) memory, or the like.
実施例1−コレクタの形状が粒子の凝集を制御する
C2H2/N2/Arの容量結合した無線周波数ダストプラズマにおけるプラズマポリマーナノ粒子またはナノ粒子材料(PPN)の収集を例示するために、取り外し可能なウェルプレートに含まれる複数のウェルを使用した(PCT公開番号WO2018/112543に記載されているものに従った)。ウェルプレートを浮遊基板ホルダー(第2の下部電極)の上部に配置して、各ウェルの境界内にPPNを閉じ込めた(図4a)。比較のために、図4bに示すように、ウェルのないステンレス鋼(SS)シートでも実験を行い、プラズマポリマーコーティングの堆積において広く採用されている従来式の平坦な(2次元)基板形状で得られたサンプルと直接比較できるようにした。図4bに示すように、従来式の2次元形状(ウェルなし)では、通常、薄膜コーティングの形でプラズマポリマー材料が生成される(例えば、Santos et al. 2016, ACS Applied Materials & Surfacesを参照)。3次元ウェルプレートコレクタの使用は、従来式の2次元コレクタと比較して、大幅なPPNの収量の増加を達成することが示され、ウェルプレートコレクタのウェルアスペクト比はまたPPN凝集、サイズ、及び多分散性インデックスを調節することが示されている(PCT公開番号WO2018/112543を参照)。異なるウェルプレートの収集効率は、最初に、8.5cmx12.7cmのポリスチレン組織培養プレートを使用して例示されているが、プレートは、4行(A〜D)x6列(1〜6)のウェルマトリックスに分散されている24のウェルを含んでいる。各ウェルは、深さが1.7cm、表面積が2cm2であった。ウェルプレートをダストプラズマに7分間曝すと(5回の完全なPPN成長サイクルに対応)、粉末状の茶色の物質が堆積することにより、プレートの外観に大きな変化が生じた。合成されたままのナノ粒子の高解像度の二次電子画像が撮影された。走査型電子顕微鏡(SEM)を使用してサンプルを画像化する目的で、プラズマは、複数世代のナノ粒子の重ね合わせを回避するために、単一の成長サイクル(つまり、80秒)で実行されるように設定された。得られたSS表面は、カリフラワー様の表面のトポグラフィーを特徴とする多数の球状ナノ粒子で覆われていた。ナノ粒子はシート全体に均一に分布し、シート表面の29%を覆い、ほとんどが3〜20までの粒子の集合によって形成された凝集体に配置されていた。興味深いことに、プレートコレクタの内側に配置された表面ではコーティングの形成は認められず、ウェルの底で表面の重合が起こらないことを示唆している。したがって、この収集方法により、コーティングのない純粋なナノ粒子のサンプルが得られた。対照的に、プラズマポリマーのコーティングは、通常(例えば、Santos et al. 2016, ACS Applied Materials & Surfacesを参照)、平坦な構成(つまりプレートコレクタなし)で基板ホルダーに配置されたSSシート上で同じ放電パラメータの下で取得される。プラズマからの活性種の拡散及びその後の表面の重合は、基板での均一な金色のコーティングをもたらした。コーティングの形態は、表面プラズマ重合が局所的に島状に起こり、その後融合して下にある基板をコンフォーマルに覆うことを示唆した。平坦な基板へのナノ粒子の堆積は事実上無視でき、表面の1%未満しか覆っていない。
Example 1-To illustrate the collection of plasmapolymer nanoparticles or nanoparticle materials (PPNs) in capacitively coupled radio frequency dust plasmas of C 2 H 2 / N 2 / Ar where the shape of the collector controls particle agglomeration. , Multiple wells included in the removable well plate were used (according to those described in PCT Publication No. WO 2018/112543). A well plate was placed above the floating substrate holder (second lower electrode) to confine the PPN within the boundaries of each well (FIG. 4a). For comparison, experiments were also performed on wellless stainless steel (SS) sheets, as shown in FIG. 4b, with conventional flat (two-dimensional) substrate shapes widely used in plasma polymer coating deposition. It was made possible to directly compare with the sample. As shown in FIG. 4b, the conventional two-dimensional shape (without wells) usually produces a plasma polymer material in the form of a thin film coating (see, eg, Santos et al. 2016, ACS Applied Materials & Surfaces). .. The use of a 3D well plate collector has been shown to achieve a significant increase in PPN yield compared to conventional 2D collectors, and the well aspect ratio of the well plate collector is also PPN aggregation, size, and It has been shown to regulate the polydispersity index (see PCT publication number WO2018 / 112543). The collection efficiency of different well plates is initially illustrated using 8.5 cm x 12.7 cm polystyrene tissue culture plates, where the plates are 4 rows (A to D) x 6 columns (1 to 6) wells. It contains 24 wells dispersed in a matrix. Each well had a depth of 1.7 cm and a surface area of 2 cm 2 . Exposure of the well plate to dust plasma for 7 minutes (corresponding to 5 complete PPN growth cycles) resulted in a significant change in the appearance of the plate due to the deposition of powdery brown material. High-resolution secondary electron images of the nanoparticles as they were synthesized were taken. For the purpose of imaging samples using a scanning electron microscope (SEM), plasma is performed in a single growth cycle (ie, 80 seconds) to avoid superposition of multiple generation nanoparticles. Was set to. The resulting SS surface was covered with a large number of spherical nanoparticles characterized by topography of the cauliflower-like surface. The nanoparticles were evenly distributed throughout the sheet, covering 29% of the sheet surface, and mostly placed in aggregates formed by aggregates of particles from 3 to 20. Interestingly, no coating formation was observed on the surface placed inside the plate collector, suggesting that no surface polymerization occurs at the bottom of the wells. Therefore, this collection method gave a sample of pure nanoparticles without a coating. In contrast, plasma polymer coatings are typically the same on SS sheets placed in substrate holders in a flat configuration (ie, without a plate collector), usually (see, eg, Santos et al. 2016, ACS Applied Materials & Surfaces). Obtained under discharge parameters. Diffusion of the active species from the plasma and subsequent polymerization of the surface resulted in a uniform golden coating on the substrate. The morphology of the coating suggested that surface plasma polymerization occurred locally in islands and then fused to formally cover the underlying substrate. The deposition of nanoparticles on a flat substrate is virtually negligible and covers less than 1% of the surface.
合成中にコレクタウェルの外側と内側のPPNに作用していると理解される力を図5に示す。平坦な2次元コレクタ(図5の左側)が存在するPPNの場合、PPNは平坦な基板の上のプラズマシースの近くの垂直な平衡する位置で浮上する。チャンバの壁に向かうイオンフラックスによる正味のイオンの引き込み力(水平成分による)は、粒子を基板領域の外側に引き込み、その結果、粒子数の少ないコーティングが堆積する。対照的に、ウェルタイプの3D基板、例えばウェルプレート(図5の右側を参照)が存在するPPNの場合、プラズマの膨張によりPPNがウェル内に引き込まれる。正味の引き込み力(垂直、下向きの成分による)は、トラップされた粒子をウェルの底に向かって引く。ウェルの底にコーティングは堆積しない。 The forces that are understood to act on the PPNs on the outside and inside of the collector well during synthesis are shown in FIG. For PPNs with a flat two-dimensional collector (left side of FIG. 5), the PPN floats in a vertical equilibrium position near the plasma sheath on a flat substrate. The net ion attraction (due to the horizontal component) by the ion flux towards the walls of the chamber pulls the particles out of the substrate region, resulting in the deposition of a low particle count coating. In contrast, in the case of a PPN in which a well-type 3D substrate, such as a well plate (see the right side of FIG. 5), is present, the expansion of the plasma draws the PPN into the well. The net pulling force (due to the vertical and downward components) pulls the trapped particles towards the bottom of the well. No coating deposits on the bottom of the well.
図6は、各バイアルまたはウェルの半径(r)に対する高さ(h)の比率が、PPNの凝集を調整する各ウェル内のプラズマの分布にどのように影響するかを示している。より高いウェル(図6a)では、プラズマはウェルの全長を拡張できず、PPN粒子は、プラズマ領域の外側のウェルの底に向かって継続的に引き込まれるため、表面の電荷が減少することに起因して、凝集する。プラズマがウェルの高さを通して拡張できるため、ウェルの長さが減少している(つまり、ウェルが短い)とき、PPN粒子の凝集が大幅に抑制される(図6b)。したがって、コレクタの寸法は、好ましいサイズのナノ粒子及び凝集体を生成するために変えることができる。 FIG. 6 shows how the ratio of height (h) to radius (r) of each vial or well affects the distribution of plasma within each well that regulates PPN aggregation. Due to the higher wells (FIG. 6a), the plasma cannot extend the full length of the wells and the PPN particles are continuously drawn towards the bottom of the wells outside the plasma region, resulting in reduced surface charge. And aggregate. As the plasma expands through the height of the wells, the aggregation of PPN particles is significantly suppressed when the length of the wells is reduced (ie, the wells are short) (FIG. 6b). Therefore, the dimensions of the collector can be varied to produce nanoparticles and aggregates of preferred size.
実施例2−3Dのマルチコレクタ、プレートを使用してナノ粒子の収量を増やすための冷却装置
プラズマポリマーナノ粒子材料またはナノ粒子(PPN)の収集は、概して図1a、図1b、図2a及び図2bを参照して本明細書に記載の実施形態に従って、アクティブな冷却装置を追加したことを除いて、実施例1と同様の方法で実施された。
Cooling device for increasing the yield of nanoparticles using the multi-collector, plate of Example 2-3D Collection of plasma polymer nanoparticles material or nanoparticles (PPN) is generally performed in FIGS. 1a, 1b, 2a and FIGS. It was carried out in the same manner as in Example 1 except that an active cooling device was added according to the embodiment described herein with reference to 2b.
プラズマ中のPPNは、熱泳動、つまり、ガスの中のナノ粒子が、プラズマ/ガスの種と高温領域の粒子との間のより良好な運動量効率から生じる熱泳動力(Ft)に対して異なる応答を示す現象を示す可能性がある。 The PPN in the plasma is thermophores, that is, the thermodynamic force (Ft ) that the nanoparticles in the gas result from better momentum efficiency between the plasma / gas seeds and the particles in the hot region. May show phenomena that show different responses.
ウェルプレートを、異なる熱交換器の構成と共に、単一のペルチェ素子と、カスケード構成(互いに積み重ねられている)において取り付けられた2つのペルチェ素子とを含む異なる構成のペルチェ素子に、熱で結合することにより、異なる温度勾配が達成された。 The well plate is thermally coupled to different configurations of the Pelce elements, including a single Pelce element and two Pelce elements mounted in a cascade configuration (stacked together), with different heat exchanger configurations. Thereby, different temperature gradients were achieved.
図7は、単一のペルチェ素子と、カスケードに取り付けられた二重のペルチェ素子との両方を使用してプレートの表面で測定された様々な温度プロファイルを示している。ペルチェ素子(複数可)に熱で結合された熱交換器には、熱の放散を助けるために銅製のヒートパイプが装備されていた。ペルチェ素子(単一構成)に印加される電圧は12Vで、最大電流は10Aであった。二重カスケード構成で上部のペルチェ素子(ウェルコレクタと熱で結合)に印加される電圧は5Vで、合計で電流は4Aで、二重カスケード構成で下部のペルチェ素子(熱交換器と熱で結合)に印加される電圧は12Vで、最大電流は10Aであった。 FIG. 7 shows various temperature profiles measured on the surface of a plate using both a single thermoelectric cooling and a cascade-mounted dual thermoelectric cooling. The heat exchanger, which was heat-coupled to the Pelche element (s), was equipped with a copper heat pipe to help dissipate the heat. The voltage applied to the Pelche element (single configuration) was 12V, and the maximum current was 10A. The voltage applied to the upper Pelche element (heat-coupled to the well collector) in the double cascade configuration is 5V, the total current is 4A, and the lower Pelce element (heat-coupled to the heat exchanger) in the double cascade configuration. ) Was 12V and the maximum current was 10A.
単一の構成を使用すると、ウェルの底で測定された温度は、ペルチェ素子をアクティブにしてから約60秒後に最低−11℃に達する前、平均速度−0.57℃/秒で低下した。次に、ペルチェ素子の「加温側」によって生成された熱が熱交換器の熱放散能力を超えたため、温度は0.1℃/秒の一定速度で上昇した。二重カスケード構成を使用すると、最低温度はまた約60秒に達成されたが、−27.4℃で大幅に低くなり、平均温度降下は−0.84℃/秒を示した。温度の上昇は、単一素子の構成での0.1℃/秒と同じであった。 Using a single configuration, the temperature measured at the bottom of the well dropped at an average rate of -0.57 ° C / sec, about 60 seconds after activating the Pelche element, before reaching a minimum of -11 ° C. Next, the heat generated by the "warming side" of the Pelche element exceeded the heat dissipation capacity of the heat exchanger, so that the temperature rose at a constant rate of 0.1 ° C./sec. Using the double cascade configuration, the minimum temperature was also achieved at about 60 seconds, but was significantly lower at -27.4 ° C and the average temperature drop was -0.84 ° C / sec. The temperature rise was the same as 0.1 ° C./sec in the single element configuration.
ウェルコレクタの温度を安定させ、低温で一定に維持できるかどうかを検証するために、ペルチェ素子の加温側の熱の放散を強化することにより、カスタムの真空フィードスルーを利用して、熱交換器の大部分を真空チャンバの外側に延ばすように配置した。ファンを熱交換器に結合して、熱放散能力を高めた。図8はまた、熱交換器によって蓄積された熱を放散するためにファンが使用された、単一及び二重のペルチェ素子の構成の温度プロファイルを示している。単一素子の構成の最低温度は60秒後に到達し、アッセイの間−14.4℃で一定に維持された。二重ペルチェ素子の構成のウェルの底で測定された温度は大幅に低く、60秒で−30℃に達し、アッセイの期間中、180秒から−32℃にさらに低下した。 Heat exchange utilizing a custom vacuum feedthrough by enhancing the heat dissipation on the warm side of the Pelche element to stabilize the temperature of the well collector and verify that it can be kept constant at low temperatures. Most of the vessel was placed so as to extend outside the vacuum chamber. The fan was coupled to the heat exchanger to increase the heat dissipation capacity. FIG. 8 also shows the temperature profile of the configuration of single and double Pelche elements in which a fan was used to dissipate the heat stored by the heat exchanger. The minimum temperature of the single element configuration reached after 60 seconds and remained constant at -14.4 ° C. during the assay. The temperature measured at the bottom of the wells of the dual Pelce device configuration was significantly lower, reaching -30 ° C in 60 seconds and further dropping from 180 seconds to -32 ° C during the assay.
したがって、真空チャンバの外側のヒートシンクに結合されたファンを使用すると、熱の放散を強化するための費用効果が高く、簡素な解決策が提供される。これにより、プラズマバルクとPP装置100の底部との間の温度勾配(最大1840K/m)をプロセス期間全体にわたって維持でき、最終的には各合成の実行でナノ粒子の収量が増加する。
Therefore, using a fan coupled to a heat sink outside the vacuum chamber provides a cost effective and simple solution for enhancing heat dissipation. This allows a temperature gradient (up to 1840 K / m) between the plasma bulk and the bottom of the
本開示の広い全体的な範囲から逸脱することなく、多くの変形例及び/または修正が、上記の実施形態になされ得ることが、当業者によって理解されるであろう。したがって、本実施形態は、あらゆる点で例示的であり、限定的ではないとみなすべきである。 It will be appreciated by those skilled in the art that many modifications and / or modifications can be made to the above embodiments without departing from the broad overall scope of the present disclosure. Therefore, this embodiment should be regarded as exemplary in all respects and not limiting.
Claims (49)
反応ゾーン、
ガスの形態の少なくとも1つのモノマーを前記反応ゾーンに供給するための少なくとも1つのガス入口、
離間して配置され、前記反応ゾーンに電界を生成して、前記少なくとも1つのモノマーからプラズマポリマーナノ粒子材料を形成するように構成された第1の電極及び第2の電極、
前記反応ゾーンで形成されたプラズマポリマーナノ粒子材料を収集するように構成された複数のコレクタであって、前記第2の電極に隣接して配置されている前記複数のコレクタ、及び
前記第2の電極に隣接して配置され、前記複数のコレクタを冷却するように構成された冷却装置を含む、前記プラズマ重合装置。 It is a plasma polymerization device,
Reaction zone,
At least one gas inlet for supplying at least one monomer in the form of a gas to the reaction zone,
First and second electrodes, spaced apart and configured to generate an electric field in the reaction zone to form a plasmapolymer nanoparticle material from the at least one monomer.
A plurality of collectors configured to collect the plasma polymer nanoparticle material formed in the reaction zone, the plurality of collectors arranged adjacent to the second electrode, and the second collector. The plasma polymerization apparatus comprising a cooling apparatus disposed adjacent to an electrode and configured to cool the plurality of collectors.
反応ゾーン、
ガスの形態の少なくとも1つのモノマーを前記反応ゾーンに供給するための少なくとも1つのガス入口、
離間して配置され、前記反応ゾーンに電界を生成して、前記少なくとも1つのモノマーからプラズマポリマーナノ粒子材料を形成するように構成された第1の電極及び第2の電極、
前記反応ゾーンで形成されたプラズマポリマーナノ粒子材料を収集するように構成された複数のコレクタであって、前記第2の電極に隣接して配置されている前記複数のコレクタ、及び
前記第1の電極と前記第2の電極との間に延びる閉じ込めグリッドを含む、前記プラズマ重合装置。 It is a plasma polymerization device,
Reaction zone,
At least one gas inlet for supplying at least one monomer in the form of a gas to the reaction zone,
First and second electrodes, spaced apart and configured to generate an electric field in the reaction zone to form a plasmapolymer nanoparticle material from the at least one monomer.
A plurality of collectors configured to collect the plasma polymer nanoparticle material formed in the reaction zone, the plurality of collectors arranged adjacent to the second electrode, and the first collector. The plasma polymerization apparatus comprising a confinement grid extending between an electrode and the second electrode.
ガスの形態の少なくとも1つのモノマーを反応ゾーンに供給すること、
第1の電極及び前記第1の電極から離間して配置された第2の電極の間で、前記反応ゾーンに電界を生成して、前記少なくとも1つのモノマーからプラズマポリマーナノ粒子材料を形成すること、
前記第2の電極に隣接している複数のコレクタにおいて、前記反応ゾーンで形成されたプラズマポリマーナノ粒子材料を収集すること、及び
前記第2の電極に隣接して配置される冷却装置を用いる前記複数のコレクタを冷却することを含む、前記方法。 A method of collecting plasma polymer nanoparticle materials
Supplying the reaction zone with at least one monomer in the form of a gas,
Creating an electric field in the reaction zone between the first electrode and the second electrode spaced apart from the first electrode to form the plasmapolymer nanoparticle material from the at least one monomer. ,
The plasma polymer nanoparticle material formed in the reaction zone is collected in a plurality of collectors adjacent to the second electrode, and a cooling device arranged adjacent to the second electrode is used. The method comprising cooling multiple collectors.
ガスの形態の少なくとも1つのモノマーを反応ゾーンに供給すること、
第1の電極及び前記第1の電極から離間して配置された第2の電極の間で、前記反応ゾーンに電界を生成して、前記少なくとも1つのモノマーからプラズマポリマーナノ粒子材料を形成すること、
前記第1の電極と前記第2の電極との間に延びる閉じ込めグリッドを用いて前記プラズマを閉じ込めること、及び
前記第2の電極に隣接している複数のコレクタにおいて、前記反応ゾーンで形成されたプラズマポリマーナノ粒子材料を収集することを含む、前記方法。 A method of collecting plasma polymer nanoparticle materials
Supplying the reaction zone with at least one monomer in the form of a gas,
Creating an electric field in the reaction zone between the first electrode and the second electrode spaced apart from the first electrode to form the plasmapolymer nanoparticle material from the at least one monomer. ,
The plasma was confined using a confinement grid extending between the first electrode and the second electrode, and was formed in the reaction zone at a plurality of collectors adjacent to the second electrode. The method comprising collecting a plasma polymer nanoparticle material.
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